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摘要：现阶段，冶金工业生产规模持续扩大，不断有先进的技术和设备涌现。冶金生产过程中工业炉高压容器压力管道作为重要组成部分，运行中容易受到多种因素影响，导致管道出现裂纹，威胁锅炉运行安全。而且由于裂纹的影响，设备使用性能会有所下降，随着裂纹扩大可能诱发更严重的安全问题，缩短使用寿命，为工业生产活动的连贯性带来负面影响。因此，文章针对工业炉的高压管道检验相关工作进行分析，探究具体的裂纹问题和形成原因，寻求合理的处理方法以供参考。
关键词：裂纹；压力管道；高压容器；特种设备；管道检验
冶金工业生产过程中，锅炉压力容器是重要的生产设备。但是在长期应用中，受到客观因素影响，可能出现结构破裂问题，情况严重甚至造成高压容器压力管道破裂。管道裂纹是由内部负载物质腐蚀诱发的蚀坑导致，随着侵蚀不断扩大，导致管路出现大小不一的裂纹。因此，为了提高锅炉高压容器压力管道运行稳定性，应做好管道的日常检验工作，便于及时发现和解决裂纹问题，尽可能降低管道断裂安全事故发生概率，为冶金工业锅炉正常、安全运行提供坚实保障。
1高压容器压力管道的检验方法
冶金工业炉高压容器压力管道检验工作至关重要，有助于及时发现和解决管道裂纹，为工业生产活动安全有序进行提供坚实保障。一般情况下，工业炉高压容器压力管道检验中，主要形式有以下三种。
1.1内部检验
锅炉压力管道的内部检验，强调锅炉尚未运行前细致检验，结合安全等级不同的锅炉，检验周期有所差异，通常安全等级包括1、2、3级，其中前两级6年为一个检验周期，第3级的锅炉检验周期为3年。需要注意的是，对于锅炉的内部检测有着前提条件，多是运行中存在异常状况时才会进行，重点检查锅炉的严密性和安全性[1]。
1.2外部检验
高压容器压力管道检验工作中，外部检验是一种主要检验方法，检验内容包括压力容器的使用时间、采购年限、设备坐支、保护装置和表面等情况。例如，压力容器外壁运行检验中，要避免内外温差诱发管道裂纹、裂缝等问题出现。定期管道焊缝探伤，发现问题及时处置。在检验管道外观条件时，应关注平台与管道保温保护工作，对于管道的放水和疏水等情况则要依据标准计时检测。对于一些经过技术改造的压力容器，应重点检验温控系统运行情况，确保容器符合运行标准要求。
1.3水压测试
对于高压容器压力管道的水压测试，每次检验间隔时间为6年，水压检测要单独进行，如果和锅炉内部检测同时进行会出现较大偏差。水压测试中，需要结合外部温度变化调整水压，一旦发现管道存在裂纹，可能由于水压过高诱发渗漏水问题。水压检验周期长，所选择的工艺复杂，测试后应该做好后期处理，一旦发生异常问题则要及时安排人员修补调试，确保设备的各项运行指标是否处于正常值范围内[2]。
2压力管道的裂纹形式与成因
2.1裂纹形式
2.1.1蠕变裂纹
蠕变裂纹，主要是在恒温、恒荷载下金属材料出现不同程度的塑性变形，此种裂纹形式即蠕变裂纹。在这个过程中，塑性变形也会导致管道破裂，造成更为严重的后果。蠕变时，金属表面上表现出多种裂纹形式，结合塑性和变形量变化顺序，具体类型包括沿晶蠕变破裂、穿晶蠕变破裂等。受到高温或低压环境影响，持续蠕变作用下，使得晶界的扩散、滑移充分扩散，裂纹也会随之扩展[3]。垂直拉应力的晶界上，如果内部应力强度达到临界点后产生空洞现象。在拉应力影响下，晶内空位生长和扩散，导致裂纹逐步扩大，形成严重的断裂问题。实际上，穿晶蠕变破裂属于一种较为常见的蠕变破裂现象，受到高应力条件作用下，由于晶粒孔洞导致，蠕变过程中也会逐步融合生长。锅炉运行温度达到了材料0.6倍熔点以上情况下，这种蠕变破裂会变成延缩型破裂。而且在破裂中始终存在动态再结晶现象，滋生细小的晶粒。伴随着晶界区域持续扩大，有助于保障内部均匀的空位分布，使得空隙增长受阻[4]。
2.1.2应力腐蚀裂纹
应力腐蚀开裂现象的出现，大多是腐蚀和受力因素联合导致，大多表现在集箱管座和管道等区域。通常情况下，对于一些普通碳素钢材料的应力腐蚀开裂问题，整体分布较为均匀、长度短，垂直于拉应力方向，并横向延伸。如果材料为奥氏体不锈钢，应力腐蚀裂纹主要表现为树枝状，这些裂纹并不连续进行，有着明显的锯齿特点[5]。
2.1.3过烧裂纹
过烧裂纹的产生，主要是由于加热导致局部熔化形成，通常是在金属压接零件高温加工环节出现，例如，轧制、锻造、焊接等环节，如图1所示。过少裂纹熔化和氧化现象十分鲜明，而在微观层面上则表现出鲜明的晶粒粗大现象。
2.1.4疲劳裂纹
作为一种典型的裂纹形式，受到持续交变应力作用影响，金属材料表面会产生疲劳裂纹，随着裂纹逐步延伸拓展，裂纹深度更深，影响到试件的力学性能。实际上，疲劳裂纹的结构不连续，在特种设备中普遍存在。疲劳裂纹的初期产生，整体长度较短，按照隧道形式逐步延伸拓展。结合实践可知，疲劳裂纹同拉伸应力轴之间大多保持45°。发展到中期阶段，裂纹会更长，并朝着外侧延伸拓展。
2.2裂纹产生的原因
锅炉压力管道裂纹的产生，可能是由于安装环节操作不当，致使管道发生破裂。随着工业企业的生产规模扩大，压力管道敷设长度随之增加，但管道敷设时受到城市格局规划影响，往往不是直线敷设，大多为曲线形的管道。由于此项工作复杂性较强，部分工作人员的技术能力不强，安装环节缺乏重视，可能导致管道接头断裂。同时，由于敷设管道材质因素影响，同样会出现裂纹问题。例如，压力管道表面腐蚀、坑洼，耐高温性能不足，可能诱发多种大小不一的裂纹，埋下安全隐患[6]。
3高压容器压力管道裂纹的防控策略
3.1规范操作，强化专业技能
压力管道长期运行中，除受到内外部压力作用影响以外，还会受到人员操作因素影响，出现人员专业技术水平不高、操作不规范的情况，极易诱发管道裂纹现象。为了降低管道裂纹出现概率，首要措施是强化技术人员的操作能力和责任意识，确保冶金工业炉安全稳定地运行，并且控制锅炉运行温度变化，避免过冷或是过热诱发压力管道开裂问题，降低裂纹出现概率。操作人员需要明确自身职责所在，严格遵循工艺标准和规程进行操作，有效控制压力管道的运行状态。另外，操作人员应把握学习的机会，主动学习新知识和新技术，持续提高专业技能水平。同时，操作人员也要结合自身知识和能力分析导致裂纹出现的原因，规范操作，尽可能规避锅炉压力管道损伤[7]。
3.2定期检验和维护设备
为了提升工业炉高压容器压力管道检验有效性，规避裂纹带来的负面影响，应加强压力管道裂纹监测，定期检验和维护设备。冶金工业生产中，加强压力管道运行检验，监督技术人员是否按照既定标准、流程规范化操作，实现各环节紧密衔接和管控[8]。压力管道检验中如果发现裂纹，则要结合裂纹类型和严重程度选择合适的修复措施，避免裂纹问题扩大。压力管道运行过程中，温度普遍较高，应时刻关注设备运行状态，是否存在指标异常的情况，避免管道长期高温运行，将故障问题降到最低。结合具体生产需要，在达到要求温度后停止设备运转，这样可以显著缓解压力容器的运行压力。
在规定的时间内，工作人员需要定期检测与维护设备。如果缺少定期的检修和维护，压力管道一旦出现故障会诱发严重的安全事故。因此，管理人员应该及时替换故障或受损的零部件，并全面检查和维护设备，充分清理干净压力容器中的污垢杂质，保障压力管道安全稳定运作。仪器设备保养过程中，全方位维护旧的压力管道，部分压力管道运行环境较差，材料性能和质量不可避免地下降，因此加强压力管道检查与维护，在专业技术人员分析下，综合评估压力管道耐久性，进而在满足冶金工业生产需要同时，及时也更换压力管道，避免停机检修带来重大经济损失[9]。
3.3强化生产制作管理
强化生产制作管理，对于降低压力管道裂纹出现几率具有重要作用。对此，承担企业生产任务的锅炉压力容器，应对其进行全方位的审查和检验，尤其是出厂前的质量检验，不符合要求的设备禁止流入市场，从源头上降低裂纹出现几率。同时在具体生产中，严格遵循生产工艺要求和规范，选择合理、高效的生产工艺。全方位分析产品需求，对工艺图细致审核，依据设计规定优化设计，并结合具体的设备图纸来分析压力容器常见的裂纹情况，选择切实可行的技术手段予以控制，提高工程设计合理性。另外，立足于现场实际情况，结合生产要求来编制工艺制作计划，选择最佳的工艺进行制作生产。要注意的是，压力容器材质对于工艺质量起到决定性作用，需要重点管控，及时排查不合格的物料。为了有效防控管道裂纹问题，工作人员需要细致检查生产各个环节，了解锅炉设备的制造情况，避免工艺因素诱发的质量问题，提升工业生产效率和效益[10]。
3.4提高压力管道材料性能
压力管道裂纹问题受管道材料性能的影响较大，提高压力管道材料性能则是预防裂纹的有效策略之一。在材料选择方面，综合考量材料耐疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性等指标，主要是由于冶金工业炉高压容器压力管道长期处于腐蚀性介质、高压和高温环境中，选择性能优异的管道材料，如镍基合金、不锈钢等金属材料，能够起到理想的耐高温、耐腐蚀性能。材料采购中也要做好材料质量检验报告、合格证明等材料检查，符合标准要求后方可采购，并且在入库前二次检验，全方位保障材料质量。
为了更有效地提高压力管道材料性能，可以采用第二相强化、形变强化以及微量元素合金化等方式，改善材料性能。基于第二相强化，在管道材料中加入一定量的第二相粒子，能够显著提高材料综合性能；形变强化主要是选择热处理、冷加工等方式，使得压力管道材料内部出现位错和孪晶等缺陷，用于提高压力管道性能；微量元素合金化方法，加入微量合金元素用于改善材料结构和性能。此外，在压力管道表面上涂抹一层耐冲刷腐蚀层，同样可以起到提高管道材料性能的作用。金属耐冲刷腐蚀层主要材料有超音速热喷涂、热喷涂和激光熔敷等手段实现，形成致密的耐蚀层，减少腐蚀性介质侵蚀。
3.5构建完善的管理体系
对于企业而言，完善的管理机制，明确相应的管理权责是基础前提。制定标准化操作流程工作人员严格遵循操作流程，在制度化管理下规范员工行为举止，尽可能规避人为因素诱发裂纹问题。为了及时发现和处理压力管道裂纹问题，企业工作人员也可以运用信息技术做好数据收集、分析和处理工作，建立问题数据库，积累裂纹处理经验，后期出现同样的问题时及时有效处置。也可以建立网络沟通渠道，与其他企业交流共享裂纹处理经验，优化工作流程，持续强化企业的压力管道裂纹防控能力。
4结论
综上所述，冶金工业炉高压容器压力管道运行中，由于工作环境较为恶劣，容易受到多种因素干扰影响，诱发裂纹问题。因此，要选择合理有效的措施予以防控，提高压力管道运行稳定性，保障企业生产活动顺利进行。
参考文献
［1］赵维强.冶金工业炉高压容器压力管道检验中的裂纹问题研究［J］.中国金属通报，2023（6）：7-9.
［2］韩志扬.锅炉高压容器压力管道检验中的裂纹问题与预防办法［J］.中国石油和化工标准与质量，2019，39（12）：49-50.
［3］邱卓.冶金工业炉高压容器压力管道检验中的裂纹问题研究［J］.世界有色金属，2018（12）：64+66.
［4］杨丽云.基于冶金工业的压力管道检验中的裂纹问题研究［J］.中国金属通报，2022（20）：11-13.
［5］刘武军.锅炉容器中压力管道的检验及裂纹的预防［J］.设备管理与维修，2020（4）：77-78.
［6］王雅熙，陈宇，李天雷，等.高压储氢容器及输送管道选材与设计标准综述［J］.天然气与石油，2023，41（4）：1-8.
［7］马文华.高温压力容器与管道在线检测技术研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2012，32（3）：15.
［8］王建英.煤制烯烃高压蒸汽管道的施工与管理［J］.科技信息，2010（33）：314+284.
［9］Zhai K，Wang K，Hu D，et al.Mechanical response and stress e-quation of pressure pipe liner passing across circular corrosion［J］.Urban Lifeline，2024，2（1）：7.
［10］Bon G，Chatellier L，Guer LY，et al.Pressure Loss Modeling for Multi-Stage Obstacles in PressurizedDucts［J］.Energies，2024，17（14）：3505.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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冶金工业炉高压容器压力管道检验中的裂纹问题分析论文
人参与 2024-12-19 11:01:21 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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